WO2001059728A1 - Method and device for mutual authentication of two data processing units - Google Patents

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WO2001059728A1
WO2001059728A1 PCT/DE2001/000335 DE0100335W WO0159728A1 WO 2001059728 A1 WO2001059728 A1 WO 2001059728A1 DE 0100335 W DE0100335 W DE 0100335W WO 0159728 A1 WO0159728 A1 WO 0159728A1
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bit sequence
data processing
processing unit
data
algorithm
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Erwin Hess
Wolfgang Pockrandt
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Infineon Technologies Ag
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    • G06Q20/40975—Device specific authentication in transaction processing using mutual authentication between devices and transaction partners using encryption therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method and an arrangement for mutual authentication of two data processing units with the aid of a challenge-response method.
  • the authentication of data processing units has gained great economic importance in connection with electronic data transmission, electronic signatures, chip cards, such as telephone cards and cash cards.
  • the authentication of a data processing unit is of great importance if only authorized users or data processing units are allowed to read or modify data.
  • DES Data Encryption Standard
  • RSA Raster Shamer Adelman
  • zero-knowledge techniques from Fiat Schamir, Guillou Quisquater or Schnorr.
  • the challenge-response method has in common that a random number (challenge) is generated and sent to the data processing unit to be checked.
  • the data processing unit to be checked uses a suitable cryptographic method, the data processing unit to be checked generates a response number (response) which is sent back to the checking data processing unit.
  • the checking data processing unit uses the challenge and the response to check the authenticity of the data processing unit to be checked.
  • the challenge-response method is carried out twice, the roles of the checking data processing unit and the data processing unit to be checked being exchanged in the second procedure, so that each data processing unit checks the other.
  • the object is achieved by a method for mutual authentication of a first data processing unit and a second data processing unit with the following method steps: generating a first bit sequence in the first data processing unit; transmitting the first bit sequence to the second data processing unit; generating a second bit sequence and a third bit sequence from the first bit sequence and first data using a first algorithm in the second data processing unit; transmitting the second bit sequence to the first data processing unit; generating a first authentication result and a fourth bit sequence from the first bit sequence, the second bit sequence and second data by means of a second algorithm in the first data processing unit; generating a fifth bit sequence from the fourth bit sequence and third data using a third algorithm in the first data processing unit; transmitting the fifth bit sequence to the second data processing unit; generate a second authentication result from the third bit sequence, the fifth bit sequence and fourth data by means of a fourth algorithm in the second data processing unit.
  • the advantage of the method according to the invention is that the first bit sequence is used to authenticate the second data processing unit by the first data processing unit and is used to calculate the third and fourth bit sequences.
  • This method makes it possible to provide the second data processing unit without a random generator.
  • the random number generator By saving the random number generator, the second data processing unit can be made considerably more compact, simple and therefore more cost-effective. This is crucial, for example, if a secure authentication process is to be used in a mass market application such as chip cards.
  • the saving of a random generator means an enormous simplification of the data processing unit, because the random generator is subject to considerable requirements with regard to randomness and insensitivity to external manipulations.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the third bit sequence is transmitted from the second data processing unit to the first data processing unit and is used by the second algorithm to generate the first authentication result and / or the fourth bit sequence. This procedure allows a larger variety of calculation methods to be used in the second algorithm, which can simplify the second algorithm.
  • the third bit sequence is an intermediate result of the calculation of the second bit sequence. This procedure means that the first algorithm additional effort avoided, so that the execution of the first algorithm can be carried out faster.
  • a further advantageous embodiment of the method provides that the first bit sequence is generated randomly.
  • the generation of a random first bit sequence increases the security of the method.
  • the first bit sequence is chosen so that it differs from all the first bit sequences already used. This ensures that an attacker can neither predict the first bit sequence nor the second bit sequence calculated from it. This increases the security of the process.
  • An arrangement for carrying out the method according to the invention comprises a first data processing unit and a second data processing unit, a bit sequence generator for generating a first bit sequence being arranged in the first data processing unit and a first bit sequence processing unit for generating a second being arranged in the second data processing unit Bit sequence and a third bit sequence from the first bit sequence and first data is arranged, and wherein a second bit sequence processing unit is provided in the first data processing unit for generating a first authentication result and a fourth bit sequence from the first bit sequence, the second bit sequence and second data, and wherein a third bit sequence processing unit for generating a fifth bit sequence is arranged in the first data processing unit and a fourth bit sequence processing is arranged in the second data processing unit It is arranged for the generation of a second authentication result from the third bit sequence, the fifth bit sequence and fourth data.
  • the data processing units can be designed, for example, as computers, laptops, palm tops, cell phones, handhelds, chip cards, cash cards, telephone cards, health cards and a number of other T
  • At least one of the data processing units is designed as an integrated circuit. This makes a very compact, space-saving and reproducible data processing unit possible.
  • one of the data processing units is mobile. This enables the data processing unit to be easily transported.
  • one of the data processing units contains a shift register that is fed back with at least one XOR gate.
  • An XOR gate is a logical exclusive or function that is embodied in a component that is referred to as a gate. This arrangement enables a very space-saving, cryptographically secure data processing unit.
  • the shift register represents part of the unit in which one of the four algorithms is executed.
  • a further advantageous arrangement provides that one data processing unit is a chip card and the other data processing unit is a chip card terminal.
  • Figure 1 A first inventive method for mutual authentication of two data processing units
  • FIG 2 Another inventive method for mutual authentication of two data processing units.
  • FIG. 1 shows a system consisting of a first data processing unit 1 and a second data processing unit 2. Furthermore, a flow diagram is shown in which some method steps are carried out in the first data processing unit 1 and other data processing steps in the data processing unit 2.
  • the method begins with the generation of a first bit sequence B1, which is generated in the first data processing unit 1 in this exemplary embodiment with a random generator ZG.
  • the first bit sequence B1 is transmitted from the first data processing unit 1 to the second data processing unit 2 and a second bit sequence B2 and a third bit sequence B3 are generated in the second data processing unit 2 with the algorithm AI from the first bit sequence B1 and first data D1.
  • the algorithm can be one of the algorithms known from the prior art, such as DES, RSA, etc.
  • the data D1 is, for example, a secret key and / or other data required for calculating the second bit sequence B2 and / or the third bit sequence B3.
  • the second bit sequence B2 is then transmitted from the second data processing unit 2 to the first data processing unit 1.
  • the first data processing unit 1 there is a first authentication result R1 as a result of the authentication of the second data processing unit 2 by the first data processing unit 1 and it becomes a fourth bit sequence B4 with a second algorithm A2 generated from the first bit sequence B1, the second bit sequence B2 and second data D2.
  • the second algorithm A2 is selected in accordance with the encryption algorithm used (DES, RSA, etc.) and corresponds to the first algorithm AI.
  • the data D2 include, for example, a secret key or a secret master key, from which the secret key can be calculated.
  • the RSA is, for example, a private and / or a public key.
  • a fifth bit sequence B5 is generated with a third algorithm A3 from the fourth bit sequence B4 and third data D3.
  • the fifth bit sequence B5 is transmitted from the first data processing unit 1 to the second data processing unit 2.
  • Authentication result R2 as a result of the authentication of the first data processing unit 1 by the second data processing unit 2 with a fourth algorithm from the third bit sequence B3, the fifth bit sequence B5 and fourth data D4.
  • the algorithms A3 and A4 can be, for example, an algorithm known from the prior art (DES, RSA, etc.).
  • the data D3 and D4 are, for example, secret keys.
  • the algorithm AI can, for example, match the algorithm A3.
  • the algorithms AI, A2, A3 and A4 are, for example, cryptographic methods.

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Abstract

The invention relates to a method and device for mutual authentication of two data processing units. The mutual authentication of two data processing units is normally carried out in two separate successive authentications. A challenge-response method is normally used. A first challenge is transmitted from a first data processing unit (1) to a second data processing unit (2) which sends back a first response. According to the invention, a second response is generated by the first data processing unit (1) and transmitted to the second data processing unit (2).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Anordnung zur gegenseitigen Authentifizierung zweier DatenverarbeitungseinheitenMethod and arrangement for mutual authentication of two data processing units
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur gegenseitigen Authentifizierung zweier Datenverarbeitungseinheiten mit Hilfe eines Challenge-Response- Verfahrens .The present invention relates to a method and an arrangement for mutual authentication of two data processing units with the aid of a challenge-response method.
Die Authentifizierung von Datenverarbeitungseinheiten hat im Zusammenhang mit elektronischer Datenübertragung, elektronischer Unterschri t, Chipkarten, wie zum Beispiel Telefonkarten und Geldkarten eine große wirtschaftliche Bedeutung er- langt. Die Authentifizierung einer Datenverarbeitungsemheiten ist von großer Bedeutung, wenn lediglich berechtigte Benutzer oder Datenverarbeitungseinheiten Daten lesen bzw. modifizieren dürfen.The authentication of data processing units has gained great economic importance in connection with electronic data transmission, electronic signatures, chip cards, such as telephone cards and cash cards. The authentication of a data processing unit is of great importance if only authorized users or data processing units are allowed to read or modify data.
Bekannte Verfahren zur Authentifizierung von Datenverarbeitungseinheiten beruhen auf Challenge-Response-Verfahren auf Basis kryptographischer Verfahren, wie DES (Data Encryption Standard) , RSA (Rivest Shamer Adelman) oder sogenannten Zero- Knowledge-Techniken von Fiat Schamir, Guillou Quisquater oder Schnorr.Known methods for authenticating data processing units are based on challenge-response methods based on cryptographic methods, such as DES (Data Encryption Standard), RSA (Rivest Shamer Adelman) or so-called zero-knowledge techniques from Fiat Schamir, Guillou Quisquater or Schnorr.
Den Challenge-Response-Verfahren ist gemeinsam, daß eine Zufallszahl (Challenge) erzeugt und an die zu überprüfende Datenverarbeitungseinheit gesendet wird. Die zu überprüfende Datenverarbeitungseinheit erzeugt daraus mit Hilfe eines geeigneten kryptographisehen Verfahrens eine Antwortzahl (Response) , die an die prüfende Datenverarbeitung zurückgesendet wird. Anhand der Challenge und der Response überprüft die prüfende Datenverarbeitungseinheit die Authentizität der zu überprüfenden Datenverarbeitungseinheit. Bei gegenseitiger Authentifizierung wird das Challenge- Response-Verfahren zweimal durchgeführt, wobei bei der zweiten Durchführung die Rollen der prüfenden Datenverarbeitungs- einheit und der zu überprüfenden Datenverarbeitungseinheit getauscht werden, so daß jede Datenverarbeitungseinheit die andere überprüft .The challenge-response method has in common that a random number (challenge) is generated and sent to the data processing unit to be checked. Using a suitable cryptographic method, the data processing unit to be checked generates a response number (response) which is sent back to the checking data processing unit. The checking data processing unit uses the challenge and the response to check the authenticity of the data processing unit to be checked. In the case of mutual authentication, the challenge-response method is carried out twice, the roles of the checking data processing unit and the data processing unit to be checked being exchanged in the second procedure, so that each data processing unit checks the other.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur gegenseitigen Authentifizierung zweier Datenverarbei- tungseinheiten anzugeben. Zusätzlich ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung anzugeben, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.It is the object of the invention to provide a simplified method for the mutual authentication of two data processing units. In addition, it is the object of the invention to provide an arrangement with which the method can be carried out.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch ein Verfah- ren zur gegenseitigen Authentifizierung einer ersten Datenverarbeitungseinheit und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit mit den folgenden Verfahrensschritten gelöst : Erzeugen einer ersten Bitfolge in der ersten Datenverarbei- tungseinheit ; übertragen der ersten Bitfolge an die zweite Datenverarbeitungseinheit; erzeugen einer zweiten Bitfolge und einer dritten Bitfolge aus der ersten Bitfolge und ersten Daten mittels eines ersten Algorithmus in der zweiten Datenverarbeitungseinheit; übertragen der zweiten Bitfolge an die erste Datenverarbeitungseinheit; erzeugen eines ersten Au- thentifizierungsresultat und einer vierten Bitfolge aus der ersten Bitfolge, der zweiten Bitfolge und zweiten Daten mittels eines zweiten Algorithmus in der ersten Datenverarbeitungseinheit; erzeugen einer fünften Bitfolge aus der vierten Bitfolge und dritten Daten mittels eines dritten Algorithmus in der ersten Datenverarbeitungseinheit; übertragen der fünften Bitfolge an die zweite Datenverarbeitungseinheit; erzeugen eines zweiten Authentifizierungsresultats aus der dritten Bitfolge, der fünften Bitfolge und vierten Daten mittels eines vierten Algorithmus in der zweiten Datenverarbeitungsein- heit. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die erste Bitfolge zur Authentifizierung der zweiten Datenverarbeitungseinheit durch die erste Datenverarbeitungs- einheit verwendet wird und zur Berechnung der dritten und der vierten Bitfolge verwendet wird. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die zweite Datenverarbeitungseinheit ohne einen Zufallsgenerator vorzusehen. Durch die Einsparung des Zufallsgenerators kann die zweite Datenverarbeitungseinheit wesentlich kompakter, einfacher und damit kostengünstiger aus- geführt werden. Dieses ist zum Beispiel entscheidend, wenn in einer Massenmarktanwendung wie Chipkarten ein sicheres Au- thentifizierungsverfahren verwendet werden soll . Die Einsparung eines Zufallsgenerators bedeutet eine enorme Vereinfachung der Datenverarbeitungseinheit, denn an den Zufallsgene- rator werden erhebliche Anforderungen bezüglich Zufälligkeit und Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Manipulationen gestellt. Trotz dieser enormen Vereinfachung können kryptogra- phisch als sicher eingestufte kryptographische Verfahren, wie der DES, der RSA oder auch Zero-Knowledge-Techniken verwendet werden und behalten ihre Sicherheit bei. Dadurch erlangt das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Sicherheitsstandards, die von den zum Stand der Technik gehörenden Verfahren gewährleistet werden.According to the invention, the object is achieved by a method for mutual authentication of a first data processing unit and a second data processing unit with the following method steps: generating a first bit sequence in the first data processing unit; transmitting the first bit sequence to the second data processing unit; generating a second bit sequence and a third bit sequence from the first bit sequence and first data using a first algorithm in the second data processing unit; transmitting the second bit sequence to the first data processing unit; generating a first authentication result and a fourth bit sequence from the first bit sequence, the second bit sequence and second data by means of a second algorithm in the first data processing unit; generating a fifth bit sequence from the fourth bit sequence and third data using a third algorithm in the first data processing unit; transmitting the fifth bit sequence to the second data processing unit; generate a second authentication result from the third bit sequence, the fifth bit sequence and fourth data by means of a fourth algorithm in the second data processing unit. The advantage of the method according to the invention is that the first bit sequence is used to authenticate the second data processing unit by the first data processing unit and is used to calculate the third and fourth bit sequences. This method makes it possible to provide the second data processing unit without a random generator. By saving the random number generator, the second data processing unit can be made considerably more compact, simple and therefore more cost-effective. This is crucial, for example, if a secure authentication process is to be used in a mass market application such as chip cards. The saving of a random generator means an enormous simplification of the data processing unit, because the random generator is subject to considerable requirements with regard to randomness and insensitivity to external manipulations. Despite this enormous simplification, cryptographic methods classified as secure, such as DES, RSA or even zero-knowledge techniques, can be used and maintain their security. As a result, the method according to the invention achieves the same security standards that are guaranteed by the methods belonging to the prior art.
Eine vorteilhafte Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die dritte Bitfolge von der zweiten Datenverarbeitungseinheit an die erste Datenverarbeitungseinheit übertragen wird und von dem zweiten Algorithmus verwendet wird, um das erste Authentifizierungsresultat und/oder die vierte Bitfolge zu erzeugen. Durch dieses Vorgehen kann eine größere Vielfalt von Berechnungsverfahren in dem zweiten Algorithmus verwendet werden, was den zweiten Algorithmus vereinfachen kann.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the third bit sequence is transmitted from the second data processing unit to the first data processing unit and is used by the second algorithm to generate the first authentication result and / or the fourth bit sequence. This procedure allows a larger variety of calculation methods to be used in the second algorithm, which can simplify the second algorithm.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die dritte Bitfolge ein Zwischenergebnis der Berechnung der zweiten Bitfolge ist. Durch dieses Vorgehen wird in dem ersten Algorithmus ein zu- sätzlicher Aufwand vermieden, so daß die Ausführung des ersten Algorithmus schneller durchgeführt werden kann.It is also advantageous that the third bit sequence is an intermediate result of the calculation of the second bit sequence. This procedure means that the first algorithm additional effort avoided, so that the execution of the first algorithm can be carried out faster.
Eine weitere vorteilhafte Ausprägung des Verfahren sieht vor, daß die erste Bitfolge zufällig erzeugt wird. Die Erzeugung einer zufälligen ersten Bitfolge erhöht die Sicherheit des Verfahrens .A further advantageous embodiment of the method provides that the first bit sequence is generated randomly. The generation of a random first bit sequence increases the security of the method.
Es ist von Vorteil, daß die erste Bitfolge so gewählt wird, daß sie sich von allen bereits verwendeten ersten Bitfolgen unterscheidet. Dadurch wird sichergestellt, daß ein Angreifer weder die erste Bitfolge, noch die daraus berechnete zweite Bitfolge vorhersagen kann. Dadurch wird die Sicherheit des Verfahrens erhöht .It is advantageous that the first bit sequence is chosen so that it differs from all the first bit sequences already used. This ensures that an attacker can neither predict the first bit sequence nor the second bit sequence calculated from it. This increases the security of the process.
Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer ersten Datenverarbeitungseinheit und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit, wobei in der ersten Datenverarbeitungseinheit ein Bitfolgenerzeuger für die Er- zeugung einer ersten Bitfolge angeordnet ist und wobei in der zweiten Datenverarbeitungseinheit eine erste Bitfolgenverar- beitungseinheit für die Erzeugung einer zweiten Bitfolge und einer dritten Bitfolge aus der ersten Bitfolge und ersten Daten angeordnet ist und wobei in der ersten Datenverarbei- tungseinheit eine zweite Bitfolgenverarbeitungseinheit für die Erzeugung eines ersten Authentifizierungsresultats und einer vierten Bitfolge aus der ersten Bitfolge, der zweiten Bitfolge und zweiten Daten vorgesehen ist und wobei in der ersten Datenverarbeitungseinheit eine dritte Bitfolgenverar- beitungseinheit für die Erzeugung einer fünften Bitfolge angeordnet ist und wobei in der zweiten Datenverarbeitungseinheit eine vierte Bitfolgenverarbeitungseinheit für die Erzeugung eines zweiten Authentifizierungsresultats aus der dritten Bitfolge, der fünften Bitfolge und vierten Daten angeord- net ist. Die Datenverarbeitungseinheiten können dabei zum Beispiel als Computer, Laptop, Palmtop, Handy, Handheld, Chipkarte, Geldkarte, Telefonkarte, Krankenkarte und eine Reihe weiterer TAGs ausgebildet sein, die direkt oder indirekt mit einer weiteren Datenverarbeitungseinheit kommunizieren können.An arrangement for carrying out the method according to the invention comprises a first data processing unit and a second data processing unit, a bit sequence generator for generating a first bit sequence being arranged in the first data processing unit and a first bit sequence processing unit for generating a second being arranged in the second data processing unit Bit sequence and a third bit sequence from the first bit sequence and first data is arranged, and wherein a second bit sequence processing unit is provided in the first data processing unit for generating a first authentication result and a fourth bit sequence from the first bit sequence, the second bit sequence and second data, and wherein a third bit sequence processing unit for generating a fifth bit sequence is arranged in the first data processing unit and a fourth bit sequence processing is arranged in the second data processing unit It is arranged for the generation of a second authentication result from the third bit sequence, the fifth bit sequence and fourth data. The data processing units can be designed, for example, as computers, laptops, palm tops, cell phones, handhelds, chip cards, cash cards, telephone cards, health cards and a number of other TAGs that can communicate directly or indirectly with another data processing unit.
In einer vorteilhaften Ausprägung der erfindungsgemäßen Anordnung ist mindestens eine der Datenverarbeitungseinheiten als integrierte Schaltung ausgebildet. Dadurch ist eine sehr kompakte, platzsparende und reproduzierbar herzustellende Datenverarbeitungseinheit möglich.In an advantageous embodiment of the arrangement according to the invention, at least one of the data processing units is designed as an integrated circuit. This makes a very compact, space-saving and reproducible data processing unit possible.
In einer weiteren vorteilhaften Anordnung ist eine der Datenverarbeitungseinheiten mobil. Dadurch ist der einfache Trans- port der Datenverarbeitungseinheit möglich.In a further advantageous arrangement, one of the data processing units is mobile. This enables the data processing unit to be easily transported.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß eine der Datenverarbeitungseinheiten ein Schieberegister enthält, daß mit mindestens einem XOR-Gatter rückgekoppelt ist. Bei einem XOR- Gatter handelt es sich um eine logische Exklusiv-oder Funktion, die in einem Bauelement, das als Gatter bezeichnet wird, ausgebildet ist. Durch diese Anordnung ist ein sehr platzsparende, kryptographisch sichere Datenverarbeitungseinheit möglich. Das Schieberegister stellt dabei einen teil der Einheit dar, in der einer der vier Algorithmen ausgeführt wird.It is also advantageous that one of the data processing units contains a shift register that is fed back with at least one XOR gate. An XOR gate is a logical exclusive or function that is embodied in a component that is referred to as a gate. This arrangement enables a very space-saving, cryptographically secure data processing unit. The shift register represents part of the unit in which one of the four algorithms is executed.
Eine weitere vorteilhafte Anordnung sieht vor, daß eine Datenverarbeitungseinheit eine Chipkarte und die andere Datenverarbeitungseinheit ein Chipkartenterminal ist .A further advantageous arrangement provides that one data processing unit is a chip card and the other data processing unit is a chip card terminal.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further refinements of the invention are specified in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert . In den Figuren zeigen:Exemplary embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail below. The figures show:
Figur 1 Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zur gegenseitigen Authentifizierung zweier Datenverarbeitungseinheiten;Figure 1 A first inventive method for mutual authentication of two data processing units;
Figur 2 Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur gegenseitigen Authentifizierung zweier Datenverarbeitungseinheiten.Figure 2 Another inventive method for mutual authentication of two data processing units.
In Figur 1 ist ein System aus einer ersten Datenverarbeitungseinheit 1 und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit 2 dargestellt. Weiterhin ist ein Flußdiagramm dargestellt, bei dem einige Verfahrensschritte in der ersten Datenverarbeitungseinheit 1 und andere Datenverarbeitungsschritte in der Datenverarbeitungseinheit 2 durchgeführt werden. Das Verfahren beginnt mit der Erzeugung eine ersten Bitfolge Bl, die in der ersten Datenverarbeitungseinheit 1 in diesem Ausführungs- beispiel mit einem Zufallsgenerator ZG erzeugt wird. Die erste Bitfolge Bl wird von der ersten Datenverarbeitungseinheit 1 zu der zweiten Datenverarbeitungseinheit 2 übertragen und es wird in der zweiten Datenverarbeitungseinheit 2 eine zweite Bitfolge B2 und eine dritte Bitfolge B3 mit dem Algorithmus AI aus der ersten Bitfolge Bl und ersten Daten Dl erzeugt .FIG. 1 shows a system consisting of a first data processing unit 1 and a second data processing unit 2. Furthermore, a flow diagram is shown in which some method steps are carried out in the first data processing unit 1 and other data processing steps in the data processing unit 2. The method begins with the generation of a first bit sequence B1, which is generated in the first data processing unit 1 in this exemplary embodiment with a random generator ZG. The first bit sequence B1 is transmitted from the first data processing unit 1 to the second data processing unit 2 and a second bit sequence B2 and a third bit sequence B3 are generated in the second data processing unit 2 with the algorithm AI from the first bit sequence B1 and first data D1.
Bei dem Algorithmus kann es sich um einen der aus dem Stand bekannten Algorithmus wie DES, RSA, etc. handeln. Bei den Daten Dl handelt es sich beispielsweise um einen geheimen Schlüssel und/oder andere zur Berechnung der zweiten Bitfolge B2 und/oder der dritten Bitfolge B3 benötigte Daten.The algorithm can be one of the algorithms known from the prior art, such as DES, RSA, etc. The data D1 is, for example, a secret key and / or other data required for calculating the second bit sequence B2 and / or the third bit sequence B3.
Anschließend wird die zweite Bitfolge B2 von der zweiten Datenverarbeitungseinheit 2 an die erste Datenverarbeitungseinheit 1 übertragen. In der ersten Datenverarbeitungseinheit 1 wird ein erstes Authentifizierungsresultat Rl als Ergebnis der Authentifizierung der zweiten Datenverarbeitungseinheit 2 durch die erste Datenverarbeitungseinheit 1 und es wird eine vierte Bitfolge B4 mit einem zweiten Algorithmus A2 aus der ersten Bitfolge Bl, der zweiten Bitfolge B2 und zweiten Daten D2 erzeugt. Der zweite Algorithmus A2 ist entsprechend dem verwendeten Verschlüsselungsalgorithmus (DES, RSA, etc.) ge- wählt und korrespondiert mit dem ersten Algorithmus AI. Bei dem Die Daten D2 umfassen beispielsweise einen geheimen Schlüssel oder einen geheimen Master-Schlüssel, aus dem sich der geheime Schlüssel berechnen läßt . Bei dem RSA handelt es sich beispielsweise um einen privaten und/oder einen öffent- liehen Schlüssel.The second bit sequence B2 is then transmitted from the second data processing unit 2 to the first data processing unit 1. In the first data processing unit 1 there is a first authentication result R1 as a result of the authentication of the second data processing unit 2 by the first data processing unit 1 and it becomes a fourth bit sequence B4 with a second algorithm A2 generated from the first bit sequence B1, the second bit sequence B2 and second data D2. The second algorithm A2 is selected in accordance with the encryption algorithm used (DES, RSA, etc.) and corresponds to the first algorithm AI. The data D2 include, for example, a secret key or a secret master key, from which the secret key can be calculated. The RSA is, for example, a private and / or a public key.
In der ersten Datenverarbeitungseinheit 1 wird eine fünfte Bitfolge B5 mit einem dritten Algorithmus A3 aus der vierten Bitfolge B4 und dritten Daten D3 erzeugt .In the first data processing unit 1, a fifth bit sequence B5 is generated with a third algorithm A3 from the fourth bit sequence B4 and third data D3.
Die fünfte Bitfolge B5 wird von der ersten Datenverarbeitungseinheit 1 an die zweite Datenverarbeitungseinheit 2 übertragen.The fifth bit sequence B5 is transmitted from the first data processing unit 1 to the second data processing unit 2.
In der zweiten Datenverarbeitungseinheit 2 wird ein zweitesIn the second data processing unit 2 there is a second
Authentifizierungsresultat R2 als Ergebnis der Authentifizierung der ersten Datenverarbeitungseinheit 1 durch die zweite Datenverarbeitungseinheit 2 mit einem vierten Algorithmus aus der dritten Bitfolge B3 , der fünften Bitfolge B5 und vierten Daten D4 erzeugt.Authentication result R2 as a result of the authentication of the first data processing unit 1 by the second data processing unit 2 with a fourth algorithm from the third bit sequence B3, the fifth bit sequence B5 and fourth data D4.
Bei den Algorithmen A3 und A4 kann es sich beispielsweise um einen aus dem Stand der Technik bekannten Algorithmus (DES, RSA, etc.) handeln. Bei den Daten D3 und D4 handelt es sich zum Beispiel um geheime Schlüssel. Der Algorithmus AI kann beispielsweise mit dem Algorithmus A3 übereinstimmen.The algorithms A3 and A4 can be, for example, an algorithm known from the prior art (DES, RSA, etc.). The data D3 and D4 are, for example, secret keys. The algorithm AI can, for example, match the algorithm A3.
Fallen die beiden Authentifizierungsresultate positiv aus, so haben sich die erste Datenverarbeitungseinheit 1 und die zweite Datenverarbeitungseinheit 2 gegenseitig authentifiziert. Bei den Algorithmen AI, A2 , A3 und A4 handelt es sich um beispielsweise kryptographische Verfahren. Bei den Daten t t H x-χ t-π o ( l o t-n x-χ- SD CQ D tö rt Φ DiIf the two authentication results are positive, then the first data processing unit 1 and the second data processing unit 2 have authenticated each other. The algorithms AI, A2, A3 and A4 are, for example, cryptographic methods. With the data tt H x- χ t-π o ( lo tn x- χ - SD CQ D tö rt Φ Di
CQ C P P- Φ P- Φ Φ rt I—1 Φ rt ti P P, CQCQ CP P- Φ P- Φ Φ rt I— 1 Φ rt ti PP, CQ
• IQ rt Hi Φ tr rt • IQ rt Hi Φ tr rt
Φ 0) <! 0 H Φ ΦΦ 0 ) <! 0 H Φ Φ
Hi rt P- X-x P- X-1 Hi rt P- Xx P- X- 1
X- Φ tQ C! rt P- x-χ X- Φ tQ C! rt P- x- χ
X fä φ P rt rt ti P* rt rt t rt Φ rt Φ ro Φ Φ PX fä φ P rt rt ti P * rt rt t rt Φ rt Φ ro Φ Φ P
- N ω ti N P- N ω ti N P
P tu Q PP tu Q P
•c O ω P • c O ω P
Φ rt P U Di P- rt φ i Hi P- Φ rt trΦ rt P U Di P- rt φ i Hi P- Φ rt tr
INI 0 Φ li l-h Φ φ Φ X-x φ i 0 PINI 0 Φ li l-h Φ φ Φ X-x φ i 0 P
CQ c tQ 3 Φ rtCQ c tQ 3 Φ rt
Φ N IQ P-Φ N IQ P-
N P Cfl Φ ι-h in P P s: rt P-N P Cfl Φ ι-h in P P s: rt P-
• P * Φ ω N• P * Φ ω N
N D- P- P ω P- c σ "- . rt ω ΦN D- P- P ω P- c σ " -. Rt ω Φ
CD P- 0 Φ P ö < HCD P- 0 Φ P ö <H
SD φ D P ti SD 0 CSD φ D P ti SD 0 C
3 rt P P3 rt P P
3 P= H Φ LQ φ tr 1— ' P D. CQ3 P = H Φ LQ φ tr 1 - 'P D. CQ
P ti LQ tr <i Φ <P ti LQ tr <i Φ <
X P- SD 0 Φ Φ H ΦX P-SD 0 Φ Φ H Φ
SD iQ CQ ti D tiSD iQ CQ ti D ti
3 φ P- rt SD ISI Hi3 φ P- rt SD ISI Hi
U3 P Φ rt φ ti s: SD n tr X tr Φ trU3 P Φ rt φ ti s: SD n tr X tr Φ tr
3 < CQ 3 rt φ P- t3 <CQ 3 rt φ P- t
P- φ rt P P- rt Φ rr ti φ CQ Q. π* Φ PP- φ rt P P- rt Φ rr ti φ CQ Q. π * Φ P
Hl SD P tsHl SD P ts
-rl EU ti P i-rl EU ti P i
X p t P- α !=:X p t P- α! =:
IQ ti rt P Q SD HIQ ti rt P Q SD H
P Φ t < Φ rt πP Φ t <Φ rt π
H 3 φ Φ α P- Φ trH 3 φ Φ α P- Φ tr
CD p SD p P * CQ rt s: _Λ X <. o P- Φ φ Φ P-CD p SD p P * CQ rt s: _Λ X <. o P- Φ φ Φ P-
X tr Hi P P- ti φX tr Hi P P- ti φ
Φ ti P- P- rt SDΦ ti P- P- rt SD
CQ P- N Φ Φ ti c-- n rt p- rt P* er X tr rt φ i • Φ φ ti Φ ti ≤ p. P- tiCQ P- N Φ Φ ti c-- n rt p- rt P * er X tr rt φ i • Φ φ ti Φ ti ≤ p. P- ti
P- P P- P- M rt rtP- P P- P- M rt rt
Φ s* p ti rt P- c t er φ IQ C rt P p SDΦ s * p ti rt P- ct er φ IQ C rt P p SD
Φ H ∞ - Φ IQ tQΦ H ∞ - Φ IQ tQ
P H s; tß ^P H s; tß ^
Φ φ P Φ PΦ φ P Φ P
3 3 P-
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3 3 P-
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur gegenseitigen Authentifizierung einer ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und einer zweiten Datenverar- beitungseinheit (2) mit den folgenden Verfahrensschritten:1. Method for mutual authentication of a first data processing unit (1) and a second data processing unit (2) with the following method steps:
- Erzeugen einer ersten Bitfolge (Bl) in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) ;- Generating a first bit sequence (B1) in the first data processing unit (1);
- übertragen der ersten Bitfolge (Bl) an die zweite Datenverarbeitungseinheit (2); - erzeugen einer zweiten Bitfolge (B2) und einer dritten Bitfolge (B3) aus der ersten Bitfolge (Bl) und ersten Daten (Dl) mittels eines ersten Algorithmus (AI) in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2);- Transfer the first bit sequence (Bl) to the second data processing unit (2); - generate a second bit sequence (B2) and a third bit sequence (B3) from the first bit sequence (Bl) and first data (Dl) by means of a first algorithm (AI) in the second data processing unit (2);
- übertragen der zweiten Bitfolge (B2) an die erste Datenver- arbeitungseinheit (1) ;- Transfer the second bit sequence (B2) to the first data processing unit (1);
- erzeugen eines ersten Authentifizierungsresultat (Rl) und einer vierten Bitfolge (B4) aus der ersten Bitfolge (Bl) , der zweiten Bitfolge (B2) und zweiten Daten (D2) mittels eines zweiten Algorithmus (A2) in der ersten Datenverarbei- tungseinheit (1) ;- generate a first authentication result (R1) and a fourth bit sequence (B4) from the first bit sequence (B1), the second bit sequence (B2) and second data (D2) by means of a second algorithm (A2) in the first data processing unit (1 );
- erzeugen einer fünften Bitfolge (B5) aus der vierten Bitfolge (B4) und dritten Daten (D3) mittels eines dritten Algorithmus (A3) in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1);- generate a fifth bit sequence (B5) from the fourth bit sequence (B4) and third data (D3) by means of a third algorithm (A3) in the first data processing unit (1);
- übertragen der fünften Bitfolge (B5) an die zweite Daten- Verarbeitungseinheit (2);- Transfer the fifth bit sequence (B5) to the second data processing unit (2);
- erzeugen eines zweiten Authentifizierungsresultats (R2) aus der dritten Bitfolge (B3) , der fünften Bitfolge (B5) und vierten Daten (D4) mittels eines vierten Algorithmus (A4) in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) .- Generate a second authentication result (R2) from the third bit sequence (B3), the fifth bit sequence (B5) and fourth data (D4) by means of a fourth algorithm (A4) in the second data processing unit (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die dritte Bitfolge (B3) von der zweiten Datenverarbeitungs- einheit (2) an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) über- tragen wird und von dem zweiten Algorithmus (A2 ) verwendet wird, um das erste Authentifizierungsresultat (Rl) und/oder die vierte Bitfolge (B4) zu erzeugen. 2. The method according to claim 1, characterized in that the third bit sequence (B3) from the second data processing unit (2) to the first data processing unit (1) is transmitted and is used by the second algorithm (A2) to the first authentication result (R1) and / or to generate the fourth bit sequence (B4).
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die dritte Bitfolge (B3) ein Zwischenergebnis bei der Berech- nung der zweiten Bitfolge (B2) ist.3. The method as claimed in claim 1 or 2, so that the third bit sequence (B3) is an intermediate result in the calculation of the second bit sequence (B2).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Bitfolge (Bl) zufällig erzeugt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the first bit sequence (Bl) is generated randomly.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Bitfolge (Bl) so gewählt wird, daß sie sich von allen bereits verwendeten ersten Bitfolgen (Bl) unterscheidet.5. The method according to any one of claims 1 to 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the first bit sequence (Bl) is selected so that it differs from all the first bit sequences (Bl) already used.
6. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus6. Arrangement for performing a method according to one of claims 1 to 6, consisting of
- einer ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und- A first data processing unit (1) and
- einer zweiten Datenverarbeitungseinheit (2), - wobei in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) ein Bitfolgenerzeuger (ZG) für die Erzeugung einer ersten Bitfolge (Bl) angeordnet ist und- a second data processing unit (2), - a bit sequence generator (ZG) for generating a first bit sequence (B1) being arranged in the first data processing unit (1) and
- wobei in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) eine erste Bitfolgenverarbeitungseinheit (AI) für die Erzeugung einer zweiten Bitfolge (B2) und einer dritten Bitfolge (B3) aus der ersten Bitfolge (Bl) und ersten Daten (Dl) angeordnet ist und- wherein in the second data processing unit (2) a first bit sequence processing unit (AI) for generating a second bit sequence (B2) and a third bit sequence (B3) from the first bit sequence (B1) and first data (Dl) is arranged and
- wobei in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) eine zweite Bitfolgenverarbeitungseinheit (A2) für die Erzeugung eines ersten Authentifizierungsresultats (Rl) und einer vierten Bitfolge (B4) aus der ersten Bitfolge (Bl) , der zweiten Bitfolge (B2) und zweiten Daten (D2) vorgesehen ist und- Wherein in the first data processing unit (1) a second bit sequence processing unit (A2) for generating a first authentication result (Rl) and a fourth bit sequence (B4) from the first bit sequence (B1), the second bit sequence (B2) and second data (D2 ) is provided and
- wobei in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) eine dritte Bitfolgenverarbeitungseinheit (A3) für die Erzeugung einer fünften Bi folge (B5) angeordnet ist und - wobei in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) eine vierte Bitfolgenverarbeitungseinheit (A4) für die Erzeugung eines zweiten Authentifizierungsresultats (R2) aus der dritten Bitfolge (B3), der fünften Bitfolge (B5) und vier- ten Daten (D4) angeordnet ist.- In the first data processing unit (1) a third bit sequence processing unit (A3) for generating a fifth Bi sequence (B5) is arranged and - A fourth bit sequence processing unit (A4) for generating a second authentication result (R2) from the third bit sequence (B3), the fifth bit sequence (B5) and fourth data (D4) is arranged in the second data processing unit (2).
7. Anordnung nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine der Datenverarbeitungseinheiten (1) oder (2) als integrierte Schaltung ausgebildet ist.7. Arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that at least one of the data processing units (1) or (2) is designed as an integrated circuit.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine der Datenverarbeitungseinheiten (1) oder (2) ein Schie- beregister enthält, daß mit mindestens einem XOR-Gatter rückgekoppelt ist.8. Arrangement according to one of claims 6 or 7, so that one of the data processing units (1) or (2) contains a shift register that is fed back with at least one XOR gate.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Datenverarbeitungseinheit eine Chipkarte und die andere Datenverarbeitungseinheit ein Chipkartenterminal ist. 9. Arrangement according to one of claims 6 to 8, so that a data processing unit is a chip card and the other data processing unit is a chip card terminal.
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